基于物聯(lián)網(wǎng)的甜瓜遠(yuǎn)程控制簡約化高效栽培技術(shù)

馬二磊　黃蕓萍　臧全宇　宋革聯(lián)　陳獻(xiàn)丁　丁偉紅　朱紹軍　徐富華　王毓洪　唐子立

“物聯(lián)網(wǎng)”的英文名稱為“The Internet of Things”，簡稱：IOT。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)和通信網(wǎng)的拓展應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延伸，它通過感知識別、網(wǎng)絡(luò)傳輸、計算處理等3層架構(gòu)，實現(xiàn)了人們?nèi)魏螘r間、任何地點及任何物體的連接[1-2]。物聯(lián)網(wǎng)被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后，世界信息產(chǎn)業(yè)的第3次浪潮。物聯(lián)網(wǎng)使人類可以以更加精細(xì)和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，提升人對物理世界實時控制和精確管理的能力，從而實現(xiàn)資源優(yōu)化配置和科學(xué)智能決策，在設(shè)施農(nóng)業(yè)和智慧型農(nóng)業(yè)發(fā)展中有著十分廣闊的應(yīng)用前景[3-4]。

甜瓜種植是勞動密集型產(chǎn)業(yè)，人力投入大，勞務(wù)成本高。隨著社會飛速發(fā)展，我國出現(xiàn)了較大范圍的用工荒。勞動力價格的大幅提升增加了種植戶的成本負(fù)擔(dān)，降低了農(nóng)業(yè)種植的效益。鑒于此，寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院與浙江省公眾信息產(chǎn)業(yè)有限公司開展合作，探索將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實現(xiàn)甜瓜設(shè)施栽培部分田間管理功能的遠(yuǎn)程控制，同時應(yīng)用蜜蜂授粉等簡約化栽培技術(shù)，以達(dá)到降低田間勞動強度、減少人工成本、提高種植效益的目的。

1 智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺

智慧農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺（以下簡稱智慧農(nóng)業(yè)平臺）由浙江省公眾信息產(chǎn)業(yè)有限公司開發(fā)。主要由前端接入設(shè)備、智慧農(nóng)業(yè)綜合云平臺、應(yīng)用展現(xiàn)（電腦、智能手機等移動終端）組成，其中接入設(shè)備包含數(shù)據(jù)采集設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)控制和視頻監(jiān)控設(shè)備（圖1）。該平臺不間斷采集田間光照強度、空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，讓操作人員可以通過電腦、手機終端實現(xiàn)對設(shè)施環(huán)境數(shù)據(jù)的采集監(jiān)控，遠(yuǎn)程控制農(nóng)業(yè)現(xiàn)場的天窗、水簾、排風(fēng)扇、滴灌、補光燈和遮陽網(wǎng)，設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備控制指令，建立作物生長環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)庫，設(shè)施內(nèi)環(huán)境參數(shù)和設(shè)備發(fā)生異常情況時通過短信實時預(yù)警。

2 甜瓜遠(yuǎn)程控制簡約化高效栽培技術(shù)

2014年初浙江省公眾信息產(chǎn)業(yè)有限公司對寧波高新農(nóng)業(yè)技術(shù)試驗園區(qū)的960 m2玻璃溫室進(jìn)行智能化改造，安裝環(huán)境數(shù)據(jù)采集傳感器和物聯(lián)網(wǎng)控制設(shè)備，接入智慧農(nóng)業(yè)平臺。應(yīng)用智慧農(nóng)業(yè)平臺后，將數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)處理、智能遠(yuǎn)程控制融為一體，實現(xiàn)操作人員實時對管理區(qū)域進(jìn)行查看和控制，不受時間和空間限制，具有節(jié)工省本、經(jīng)濟(jì)高效、實用性強的優(yōu)勢。

本試驗以春季立架栽培為例。春季栽培的氣候特點是甜瓜生長前期光照弱、溫度低、低溫陰雨時間長；生長后期光照強、溫度高。在實際栽培過程中，需要根據(jù)春季氣候特點合理安排田間管理。甜瓜生長前期著重保溫，讓幼苗盡快緩苗，完成營養(yǎng)生長；生長后期著重調(diào)節(jié)晝夜空氣溫度差，利于果實糖分積累、品質(zhì)提高，控制設(shè)施內(nèi)溫度上限，防止植株葉片灼傷。

2.1 整地施肥

基肥一般每667 m2施有機肥300 kg，硫酸鉀型復(fù)合肥20 kg，過磷酸鈣15 kg。其中3/4有機肥翻地時撒施，1/4有機肥與復(fù)合肥、過磷酸鈣混合后開溝施入。做畦后澆透底水，然后整細(xì)耙平，及時覆膜。登錄智慧農(nóng)業(yè)平臺關(guān)閉設(shè)施全部門窗，以提高設(shè)施內(nèi)氣溫和土溫，利于定植活棵。

2.2 定植

登錄智慧農(nóng)業(yè)平臺，查看日最低溫度曲線圖，在日最低溫度連續(xù)10 d穩(wěn)定在15 ℃以上時，選擇晴天上午定植。立架栽培采用單蔓整枝，每蔓留1果，667 m2栽培1 200株。定植后澆定根水1次，將70%甲基硫菌靈可濕性粉劑1 000倍液和0.2%硫酸鉀型復(fù)合肥混合的溶液加入到肥料桶，登錄智慧農(nóng)業(yè)平臺打開滴灌閥門，將滴灌時間設(shè)置為15 min，以每株滴灌溶液250 g為準(zhǔn)。

2.3 定植后田間管理

2.3.1 整枝 整枝應(yīng)在晴天進(jìn)行，同時配合用藥防病。選擇第9～第11節(jié)位坐瓜，抹去8節(jié)以下和12節(jié)以上的側(cè)蔓，結(jié)瓜蔓于授粉前留l～2葉摘心。幼果長至雞蛋大小時疏果，留1個健康果實。主蔓長到25～30節(jié)打頂。若采用多批采收，第2個瓜坐果節(jié)位為19～21節(jié)，多批采收適當(dāng)延遲打頂。

2.3.2 蜜蜂授粉 蜜蜂授粉具有節(jié)工省本、綠色無污染的優(yōu)點。選擇易管理、耐高溫的平湖意蜂，在雌花開花前3～5 d放置蜂箱。將蜂箱墊高10 cm平放在設(shè)施偏北1/3位置，巢門向南，避開天窗開口位置，以防設(shè)施進(jìn)水浸濕蜂箱。在蜂箱旁放置盛一半清潔水的淺碟，淺碟里放幾根細(xì)稻草，供蜜蜂飲水，每3 d更換1次。高溫天氣時，在蜂箱上方覆蓋稻草或遮陽網(wǎng)。授粉期間加強蜜蜂飼喂管理，控制設(shè)施內(nèi)溫度。授粉期間，登錄智慧農(nóng)業(yè)平臺設(shè)置為在設(shè)施內(nèi)氣溫達(dá)到36 ℃時半打開天窗，40 ℃時完全打開天窗。一般5～7 d即可完成授粉。蜜蜂對農(nóng)藥非常敏感，授粉期間不能噴施殺蟲劑，需在放置蜂箱前做好病蟲害防治工作，如用藥，需將蜂箱移出，待藥味散盡后移回。

2.3.3 溫度管理 甜瓜定植后光照較弱、氣溫較低，需做好保溫工作。在甜瓜幼苗期和伸蔓期，登錄智慧農(nóng)業(yè)平臺關(guān)閉所有天窗，設(shè)定控制條件為在氣溫達(dá)到30 ℃時打開天窗通風(fēng)，在氣溫低于26 ℃時關(guān)閉天窗保溫不通風(fēng)。若遇寒潮，氣溫大幅下降，在寒潮前搭建小拱棚保溫。在果實膨大期，適當(dāng)加大晝夜溫差，利于提高甜瓜品質(zhì)。在甜瓜坐果后，打開天窗、側(cè)窗，設(shè)定控制條件為在21：30—2：30期間打開排風(fēng)扇，在9：00—15：30期間氣溫達(dá)到40 ℃時打開水簾。遇雷雨、臺風(fēng)等災(zāi)害性天氣，及時查看天窗閉合情況，收起遮陽網(wǎng)、關(guān)閉天窗。

2.3.4 肥水管理 甜瓜不同發(fā)育階段對水分的需求量差異較大，在栽培中需要根據(jù)甜瓜需水情況進(jìn)行合理調(diào)節(jié)。登錄智慧農(nóng)業(yè)平臺，根據(jù)土壤溫濕度傳感器采集數(shù)據(jù)情況來確定滴灌時間和滴灌量。在甜瓜幼苗期，溫度低、光照弱，宜少澆水，缺水時一次性澆透，在土壤含水量低于35%時滴灌1次，土壤含水量高于75%時關(guān)閉滴灌；伸蔓期視土壤干濕情況澆1次水，在土壤含水量低于35%時打開滴灌補充水分，在土壤含水量高于70%時關(guān)閉滴灌；在甜瓜坐果后追施1次膨果肥，用2%硫酸鉀復(fù)合肥水溶液滴灌，將滴灌時間設(shè)置為20 min，以每株滴灌330 g溶液為準(zhǔn)；在甜瓜果實發(fā)育期，嚴(yán)格控制澆水量和次數(shù)，在土壤含水量低于35%時滴灌1次，土壤含水量高于55%時關(guān)閉滴灌。在甜瓜采收前10～15 d停止滴灌?；适┳愫?，整個生長期一般不再追肥，尤其是氮肥。如生長后期肥料嚴(yán)重不足，葉片變黃，可根外噴施0.3%的尿素液補充。甜瓜坐果后每7 d噴施0.3%的磷酸二氫鉀和0.1%的錳、鋅、鎂微量元素1次。

2.3.5 采收 甜瓜應(yīng)適時采收，一般于9成熟時采收，兩頭帶葉剪下，以利于在銷售和暫時貯存過程中促進(jìn)成熟，提高果實品質(zhì)。采收時宜選擇清晨露水干后或傍晚。

3 病蟲害防治

堅持預(yù)防為主、綜合防治的植保方針，推廣應(yīng)用低毒低殘留農(nóng)藥，嚴(yán)格執(zhí)行安全間隔期，在甜瓜采收前15 d禁止用藥。甜瓜病害主要有猝倒病、立枯病、蔓枯病、白粉病、霜霉病、黃化褪綠病毒病、枯萎病、細(xì)菌性角斑??；蟲害主要有蚜蟲、煙粉虱、薊馬、瓜葉螨、斑潛蠅、黃守瓜。

4 預(yù)警信息處理

設(shè)置環(huán)境參數(shù)上下限閾值，當(dāng)環(huán)境參數(shù)超出閾值范圍，智慧農(nóng)業(yè)平臺系統(tǒng)會自動向用戶發(fā)送預(yù)警信息。用戶收到預(yù)警信息后應(yīng)及時根據(jù)信息內(nèi)容查看設(shè)施設(shè)備關(guān)閉情況，對控制設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，土壤溫度過低時及時覆蓋小拱棚保溫，水分不足時及時開啟滴灌閥門灌水。設(shè)置空氣溫度上限閾值為42 ℃、下限閾值為14 ℃；設(shè)置土壤溫度上限閾值為38 ℃、下限閾值為14 ℃；設(shè)置土壤含水量上限閾值為80%、下限閾值為30%。

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

以667 m2設(shè)施為例，人工授粉約需6 d人工，1箱蜜蜂成本360元，按人工費100元·d-1計，采用蜜蜂授粉可節(jié)省240元，節(jié)約40%成本；常規(guī)栽培方法中設(shè)施設(shè)備管理、灌溉、施肥約需30 d人工，采用基于物聯(lián)網(wǎng)的簡約化栽培需16 d人工即可，可節(jié)省人工費1 400元，節(jié)約47%成本。

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